Calcula la distancia a la que deben situarse dos cargas de signos contrarios de 2 μC para que se atraigan con
una fuerza de 2 N.
Dato: k = 9 · 109 N · m2/C2
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Dato: k = 9 · 109 N · m2/C2
Tenemos dos cargas eléctricas con signos opuestos, lo que significa que se atraen mutuamente. Queremos encontrar la distancia exacta a la que debemos colocarlas para que esta fuerza de atracción sea de 2 Newtons.
La ley de Coulomb nos permite calcular la fuerza entre dos cargas puntuales. Se expresa matemáticamente como:
$$F = k \frac{|q_1 \cdot q_2|}{d^2}$$
* \(F\) es la fuerza eléctrica entre las cargas (en Newtons, N)
* \(k\) es la constante de Coulomb (9 x 10^9 N·m²/C²)
* \(q_1\) y \(q_2\) son las magnitudes de las cargas (en Coulombs, C)
* \(d\) es la distancia entre las cargas (en metros, m)
Nuestro objetivo es encontrar la distancia (\(d\)), así que vamos a despejarla de la ecuación de Coulomb:
$$d^2 = k \frac{|q_1 \cdot q_2|}{F}$$
$$d = \sqrt{k \frac{|q_1 \cdot q_2|}{F}}$$
Ahora, vamos a introducir los datos que nos proporciona el problema:
\(q_1 = q_2 = 2 \mu C = 2 \times 10^{-6} C\) (ambas cargas tienen la misma magnitud)
\(F = 2 N\)
\(k = 9 \times 10^9 N \cdot m^2/C^2\)
Sustituyendo en la ecuación despejada:
$$d = \sqrt{9 \times 10^9 N \cdot m^2/C^2 \cdot \frac{|2 \times 10^{-6} C \cdot 2 \times 10^{-6} C|}{2 N}}$$
$$d = \sqrt{18 \times 10^{-3} m^2}$$
$$d = 0.134 m$$
Las dos cargas deben situarse a una distancia de 0.134 metros (o 13.4 centímetros) para que se atraigan con una fuerza de 2 Newtons.
Este resultado nos muestra cómo la fuerza eléctrica entre cargas depende tanto de la magnitud de las cargas como de la distancia que las separa. Cuanto más cerca estén las cargas, mayor será la fuerza de atracción (o repulsión si tuvieran el mismo signo).